1、E n g in e 1 机全球严格排放法规下的动力总成按术文 王建萍 东风商用车研发资源规划部）年世界人口以新兴国家为中心将逼近 亿， 在能源需求中替代能源的使用量与 年相比大约将增加 以上， 运输和工厂等的 ： 排放量和其它各种气体排放量都将增加。为了使汽车更加清洁， 各国不断强化油耗和排放法 数 ） 等也变成了近年来研究的重要课题。 与保护大气生规。 当然， 环保问题和能源安全问题不能等到 年 态系统的平流层中的臭氧不同，对流层中臭氧也会导致才讨论 ， 今后还有 年， 应该居安思危。 温室效应， 对生态系统产生很坏的影响。 对流层臭氧是回顾过去 ， 大约 年前 ， 从 年就开始出台汽 大
2、气污染物之 氧化剂， 会产生光化学烟雾。 据观车排放法规， 先辈们不懈努力降低尾气排放和提高发动 测 ， 曰本和中国随着季节和时间的不同 ， 其浓度时常超机燃烧效率， 才使现在的汽车水平有了飞跃性提高。 对 过标准。于汽车行业的工作者来说， 由于要满足不断强化的排放 作为大气污染物质， 日本自 年限制汽车法规， 所以与之相对应的技术开发将更加困难。 排放尾气以来， 一直不断地严格化， 近年来，以欧洲为中心， 由于 排放不断增加 ， 所以也变成了汽车事业环境变化 重大问题。 这是由于前面所述的臭氧与汽车排出的能源安全与 发生反应， 柴油车中安装了氧化催化剂也是原因之一。日本东海岸大地震之后， 能
3、源问题引发新的争议。 欧洲委员会正在讨论不仅要制定 的排放法规 ， 还要面向 年如何使用太阳能类的自然能源和页岩气类 制定 的排放法规。的新地下资源？ 按照能源类别考虑最佳的供需平衡将是 针对 美国、 欧洲、 日本在 年前出台非常重要的 。 虽说是二次能源 ， 但是， 所谓的智能电 了许多环境标准 ， 对发生源、 生成过程 、 对人类健康影网的优点在电能社会中也已得到了验证。 对于汽车来 响等进行了详细规定。 是游离在大气中的颗粒物说 ， 其 汽车起动发电一体机） 、 、 等 质，直径为 以下。 发生源是火山喷发、 沙尘暴等电动化，也以惊人的速度飞速发展。 在二次电池发明之 自然因素、 工厂、
4、 烧荒等人为因素 、 从其它国家跨境吹前， 内燃机作为动力总成旳核心而存在于汽车之中， 并 过来的物质等多渠道来源， 成份和踪迹复杂， 来源于汽持续不断地提高效率。 车方面的影响程度到底多大？ 并没有定量地明确化。夏威夷的冒纳罗亚天文台测定的大气中 平均浓 汽车所排出的主要 是指煤烟 、 可溶性有机物质度如图 所示， 超过了 只差一步就达到了导致 和硫酸盐。 如图 所示， 日本汽车向大气中排放的一次地球温室化的危险水准。 因此， 在汽车社会中也越来越 颗粒占 大约 成左右转化成大气中的二次颗粒。重视能源安全问题和 放法规。 欧洲自 年出台 标准之后 ， 对柴油车的总之， 从社会整体的 生命周期
5、评价 考虑， 颗粒数 （ 称为 标准 ） 进行了规定， 直喷汽油车也减少发电站和工厂的 排放，使动力总成能源效率最 于 年追加限制标准， 年起与柴油车一样， 法大化和 放最小化非常必要。 规值定为 个 。 为了满足该 标准， 原来的大气污染 直喷汽油车的燃油经济性、 功能和响应性都可能下降，针对大气污染。 臭氧、 、 、 颗粒 现在各公司都在急切开发降低排放的技术。 虽然环境报￥图 全球能源需求 图 大气中 浓度 图 发生源贡献比例年平均）咖。室 柄铁新政策 置 习 海盐粒子 油燃烧方案 次 土壊性粒子 废弃物焚烧” 其它 其它 一汽车排气由忽制动器粉尘规划乙注：纳罗亚观测的 平均浓度 二次生
6、成图 世界各国测试循环图 各国 排放法规日本 、 美国 工况： 冷瞬态）刚 職 賺職耐法规 法规讲 欧洲 联邦 法规 法规加州 法规 法规“ 第二阶段法规第三阶段法规 第四阶段法规时间图 降低 技术图 各国排放法规年法规。欧 欧丨圆糧联邦】加州注： 、 缸自然吸气、 进气口式汽油喷射， 、 档 小尺寸 、 紅满轮增压直喷、 进气、 排气 、 冷却排气管式 ； 可麵 口变鬯氐上控自義丁 档并联北京去规 京 法规 而去规式混合动力、 汽车轻量化； 转换成 的乙醇燃油告中写入了 质量对生态影响 ， 但是没有写入 颗粒 日本 年开始增加了髙速瞬态工况 美国数对生态影响等内容。 联邦把市区内行驶与高速公
7、路行驶工况合并在一起 ， 即试验循环 工况， 并在 和 的基础上， 采用了各国汽车认证时的试验循环 （ 行驶试验工况 ） 随 个工况试验； 欧洲 年以后， 采用了 工况。时代的变迁而变迁。 图 表示各国试验工况现状比较。 无论哪种工况都不同程度地反应了汽车行驶的真实状车E n g in e 1 表 各公司动力总成降低 的战略 图 汽油发动机技术动向领跑计划 今后的关注点 统发动机能 多样化 填充器用于訓上細压发动机 气紅 压系统 ！多种燃料对应废气热霣回收强力齡勑 混，双魏鹏 航蹄 丨始动力職 稀薄垂燃料电池进入新兴市场、 罾比 气 停止工作“变 门増压 米勒发动机大型 发动机用于 车上 低摩
8、擦化 腿紧凑化 减少气紅数降低增压直喷、 混合动力 在中国展开涡轮增压直喷技术咖础删中醜 压麵：、 柴油、 图 汽油发动机理想模式下一代 增加高效满轮增压直喷按术 提高燃油经济性纯正的稀薄空气增压直喷发动机无图 最大净热效率 稀气体砭士 空燃比约 约。口约？ 电喷发电机 大量 柴油机概念空燃比化学计量咖约挪以前的燃烧方式，空燃比化学计量无态， 所以它们的怠速比值和最髙车速不同。 的框架下从数年前就开始的 ， 年正式发布。近年来随着汽车使用情况的不同 ， 试验工况的油耗 年以后， 首先将在欧洲 和尾气排放标准中采用与实际行驶状态下的油耗产生背离， 实际行驶工况下的 该 。 制定 期间， 日本作为
9、联合国议长中的排放较高， 沿道路环境污染严重，由于这些问题凸显， 技术秘书而深入参与， 得到了 、 、 国土交通所以该试验循环将对此加以修改。 部 、 交通安全环境研究所、 汽车工业协会的支持。 参照欧盟、 美国 、 日本、 印度 、 韩国 、 中国等实际驾驶数据试验循环标准化 和各国交通情况整合在一起 ， 可是各国有各国的想法 ，非常难以整合。 日本提议在 工况行驶数据中增加高是世界统一轻型驾驶测试循环， 能基本代表 速公路的工况。世界实际驾驶工况。 该标准的编制是在联合国 的 尽管如此， 该标准的协调统一试验循环还是确定丹鞋下来了 ， 这意味着在各国采用的话 ， 全球汽车市场的 多燃料化环
10、境对应标准将被统一。 如果各国按照交通情况把独 乙醇系混合汽油 、 、 、 和生自的项目过多地加进试验方法中的话 ， 的概念 物系混合轻油 、 已经导入市场中 ， 由煤生成将被弱化 ， 所以该 和试验方法的强制执行性将 的乙醇混合汽油 主要导入中国市场， 另外作为抗爆是关键所在。 美国很自负地保留了以本国试验循环进 材料 ， 添加了低浓度 的汽油也已在市场上出售。 这行实际驾驶的内容 ， 制定之后 ， 可能不变更现 些都可能使汽油的可靠性和排放气体成份出现问题， 可 塞励冗漂補试薩环。 以说技术应对是当务之急。 多靴燃料是由各睡政策和经济实力决定的， 并不是由法规来约束的 ， 所以需要是近年来
11、欧洲新的汽车排放测试标准法案， 技术开发来防止它产生问题。根据规定 ， 不设定规定工况下的跑道和行驶方法， 另外， 美国的页岩气开采成功弓 丨起世人的注目 ， 认年开始执行欧 在欧纖连代雜的试麵珊检 为 质量标准她将非常重要。奴测的排放气体标准也不能当作模拟实际行驶排放气体状态， 因为它并不在台架试验台上测试， 而是把可移动式 强化温室气体法规的 移动式排放气体分析仪） 安装在汽车上 ， 进 以 ： 为代表的地球温室气体被称为 ， 主要行路面行驶状态的测试。 该 方式存在着实际行驶 存在于地球对流层 ， 吸收地表反射的一部分红外线，条件变化、 再现性 、 正确性、 公平性、 重量增加 产生温室
12、效应。 除 之外， 还有 、 、 、 氟等问题， 如何构建还存在许多课题。 系化合物等。 尤其是从能源安全性的角度考虑， （： 必须要降低。燃料标准化、 丨去规化 如图 所示 ， 各国的 法规在被 虽化 ， 各汽 公司也在不断地研究降低 排放的技术。 欧洲 年各全球汽车燃料正在向多样化方向发展 ， 即使是相 汽车公司乘用车平均 将达到 美国 年同的轻油因每个国家地域不同， 其成份差别也很大。 从 开始将强化 和 法规 日本正在探讨 年的发动机的可靠性和排放气体看， 应尽可能地规定燃料的 油耗标准。性状范围。 是由各国各地区汽车协会的成员组 中国从今年 年也开始执行第 阶段油耗标准，成， 主要讨
13、论全球燃油规范， 只对确定的事项本身进行 第 阶段的标准正在讨论之中。 印度也正在探讨标准化规范， 可是缺乏强制执行力。 方案。 总之， 标准越来越严。 各公司将持续不断地开发目前即将发行第 版提案 ， 与 年第 版相比， 降低汽车整体的油耗技术。增加了 “对于强烈要求降低尾气排放的地区， 必须追力卩 产生的温室效果是 ： 的 倍 （ 地球温室化系使用新 类燃油规范” 等内容 ；“对生物燃料的定位和 数） ， 被视为重大的问题。 但是从自然界排放出来的比微量金属的规定值也做了修改” 。 例也比较多， 由发动机排放出来的虽然少， 但是很难通硫磺 过氧化催化剂进行净化， 今后来自于汽车的 也将会降
14、低燃料中硫磺的浓度是全球的重大课题。一旦燃 被当作 气体进行讨论。料和石油中含有硫磺。 排放气体就会产生许多问题。 诸 产生的温室效果是： 的 倍， 美国从如 ： 燃料系统和 系统腐蚀和磨损使耐久性下降， 催 年已经制定了标准。 由发动棚 的量根据汽车技术参化剂 传感器系统中毒、 尾气中 浓度、 硫酸盐颗粒 数的不同而不同。 如果乘以地球温室化系数， 也只比等， 这些都与原油中含高浓度硫磺有关， 石油精炼过程 下降几个百分点。中需要脱硫处理， 但是新兴国家硫磺浓度很髙， 发达国家的硫磺浓度大幅下降。 新兴国家的一部分排放法规被 强化排放标准强化， 与油品质量提髙 （ 降低硫磺浓度 ） 并未同步
15、， 仍 图 表示世界各国将出台与 气体中的 ：样然使用高浓度硫磺燃油来强化排放法规， 还是出现了许 的标准 ， 限制其它气体的排放成份。 日本实施了所谓多问题。 “后新长期标准” 年的排放气体标准是原来机 的一半值。 美国排放法规分为两种联邦和加利福尼 驱技术 ） 等技术， 以实现电动化。 对 设定了 个夂门仆亚洲。 联邦标准是 年开始实施 标准 加利福 车型 即将投放市场。， 尼亚洲标准是从 年实施非常严格的 标准。 联 戴姆勒汽车公司为了应对全球的多样性需求， 开发、力 邦标准还对。 冷起动条件下的 碳氢化合物总 了更加高效的可以 操控体验 的混合动量 ） 进行规定。 东南亚各国出现了排放
16、法规与多样化的 力核心技术，即将投放汽油混合动力车、 柴油混合动力 丨 牵低 油品质量不一致等问题， 基本上落后于欧洲排放标准数 车、 插电式混制力车。徘放里。 年。 以下将对欧洲法规动向作详细说明： 另外， 还需要提高发动机的燃烧效率。 各汽车公司 欧洲 年起开始正式执行欧 标准 ， 德国和荷 的技术开发目标是， 汽油机最大净热效率是 图兰从 年就是提前鼓励性地实施工况下的欧 柴油机最大净热效率是 以上。 两类发动机提标准， 各汽车公司都在加紧应对。 该欧 标准按照图 高热效率的关键点都降低排放气体，也就是如何降低分两个阶段， 颗粒数标准 （ 值针对汽油直喷车 冷却损失和排气损失。 例如 ：
17、 图 表示汽油机降低也是分两个阶段。 从 年的 开始， 标准值与 排放的技术趋势。 汽油机主要采用抗爆震技术 ， 马自柴油车相同。 在巴黎、 伦敦等大城市中 ， 公交以外的柴 达汽车公司的 也代表了该流行趋势。 作为变油乘用车和大型商用车也要执行该标准。 形技术， 美国西南研究院 ） 提出了新的燃烧概念， 把 系统中每个气缸排出的气体当满足奇亥 环保丨去规的动力总成技术动向 作原始 使它与其它气 进行再循环， 这就是在降低 技术 过去 效果的基础上增加了抗爆效果， 使燃油经济从各国不断强化的： 排放法规看， 每年大约以 性提高了 。 另据报道， 将 年向市场投放该的速度降低： 排放量。 如图
18、所示， 建议汽车社 概念的车。会整体应该开展降低 排放的活动。 以下介绍动力总 未来汽油发动机的理想模式如图 所示 ， 近似成降低 排放的最新技术动向。 于柴油发动机的高压缩比和所有增压直喷领域的稀当然不仅是发动机要降低 排放， 与变速器之间 薄燃烧。的良好匹配以及采用混合动力系统也非常关键。 从图 为了实现该目标， 作为发动机燃烧控制关键技术，可以看出 ， 可变压缩比技术是一项很难攻克的技术， 其 必须使用缸内燃烧压力传感器。它方面的技术有的已在汽车社会中得到实际应用 ， 有的 减少 放技术即将应用。 以下对目前热效率良好的柴油发动机的排放气体表 表示各公司动力总成降低 排放的战略比 大课题
19、之 行简要说明。较。 其整体动向是： 为了提髙发动机效率，而采用增 为了实现全区域的稀薄燃烧 ， 采用 后处理技术压直喷和 涡轮增压，简称 技术， 非常重要。 众所周知 ， 柴油发动机的 排放量比汽油为了实现小型轻量化， 而采用模块化技术， 为了发挥 发动机少 ， 由于排气系统存在着过量氧气 ， 通过三元催动力总成系统的最大效率， 而采用电控发动机技术。 汽 化剂不能还原 所以使用几个 化系统 ， 或者油机直喷化和涡轮增压 （ 发展趋势明显。 在电控 开发新的净化系统来净化。 现在已经实际运用的是添加化方面， 出现了发动机辅助系统电动化和混合动力化两 尿素水方式的选择还原催化剂 （ 系统和 吸
20、附种趋势。 从怠速停止、 汽车起动发电一体机 到 还原催化剂 、 系统。插电式混合动力车 ） 以惊人的速度在欧洲汽车 无论哪种方式都有利有弊 ， 需要进一步完善。 所社会中发展。 当然柴油机也不例外。 谓尿素 系统， 并不是直接喷射尿素水 ， 而是直接喷大众汽车公司为了实现欧共体的后长期规划和 射氨气的系统与 构成一体的 系统， 所谓 系标准， 在 涡轮增压） 、 直喷式涡统是在 高温区 （ 中 化能力很高的轮增压 ） 、 缸内直喷 ） 、双离合器自动 系统， 以上两种系统分别在开发之中 。 把 与变速箱 基础上增加了 新混合动力感应系 （ 组合在一起也是未来的方法之一 ， 当然也可以统 ）
21、、 零排放驱动技术 ） 、 蓝 应用于将来汽油稀薄燃烧方式之中。 为了检测：净化押结系统的最佳控制和 使用 传感器十分重要。 射， 进一步提高燃油喷射压力 ， 增加喷射次数 （ 喷降低 和 技术 射 次 循环） 。这些技术的 目的都是尽量地使炼油直曰本 年开始对大型商用车实施了新长期法 接喷射到发动机燃烧室内， 而不使雾化的燃油附着在别规， 环保局称它为世界最严格的法规， 在实际车辆上要 处， 使微粒化的雾化燃油与空气均匀地混合在一起 ， 不求安装 。 欧 标准和美国的 法规也要求柴 使雾化燃油附着在缸径和活塞顶面、 进排气阀和火花塞油乘用车安装 。 它的原理是， 使 堆积在过滤器 上。 戴姆
22、勒汽车公司的汽油直喷燃烧方式是 ， 通过高压中， 达到某一数量时强制氧化再生， 但是耐久可靠性差 喷射器的 次喷射 ， 使暖机过程中 减少 以上。 宝是大问题。 于是各国展开了包含基材在内的技术开发， 马汽车公司的方式是， 耐久行驶之后在 中实现目前的结果是柴油乘用车 的基材使用了耐热性高、 个 在 中也能解决以上问题。可以提高烟尘质量限制的 。 为了实现欧 要求的 尽管是 旋转爆震发动机 ） 也可实现标准 和后欧 所要求的 排放标准， 今后必 个 。 虽然各汽车公司尽量不想使用 但是须还使用 和 传感器。 当 变成柴油机结构部件时， 还是必须使用的。针对颗粒数 （ 法规， 如上所述， 柴油乘
23、用车从欧 开始限制， 如果汽车上都安装 的话， 排放 小结与未来展望肯定都能达标 。 年对汽油直喷车要求更严， 开始 随着今后环保要求的更加强烈以及考虑到能源安执行欧 的第 阶段 标准 个 。 全性， 排放法规和尾气排放法规将越来越严格。 试催化剂公司和零部件供应商急切开发汽油车用 过滤 验循环要求更加真实的驾驶状态， 并标准化。 燃油多样器， 称为 。 汽油发动机与柴油发动机相比，为了在 化在全球也发展迅猛。 与之匹配的动力总成系统也将快高转速区域输出最高功率， 使用 可以大量地减少排 速电动化， 将来的动力总成核心要素就是发动机不断地气系统压力损失增加。 为了实现理论空燃比条件下的燃 提高效率， 不断地清洁化。 以欧美为中心的电动化趋势烧， 对堆积起来的 如何进行氧化， 是最大的课题。 则更加迅速且多样化。 原本电动化的发源地日本更不应不安装 发动机的 也能达到 个 该落后于人。 解决全球汽车排放法规不断严格化的关以下， 该发动机燃烧方式的研究在各汽车公司内也展开 键手段是 、 真实驾驶排放 ） （ 、了积极讨论。 戴姆勒和宝马汽车公司的研究开发就是 、 、 燃料多样化 、 。 另一方面， 又不使用 也能达到相同水平的 法规值。 他们使 不能忽视驾驶乐趣， 所以兼顾考虑这些因素， 未来将制用了 个关键技术 ： 把汽油直喷方式设为中央多孔喷 造出更加好的车来。！
